Специализированный источник питания для АТС (стр. 8 из 14)
где a1, a2 –коэффициенты естественного теплообмена с1-ой и 2-ой сторонами печатной платы. Для естественного теплообмена
a1 + a2 =17 Вт/м2К
dп – толщина печатной платы 1,5 мм.
.
5. 5. Определим перегрев корпуса микросхемы
(3.25)
где В и М – условные коэффициенты, введены для упрощения формы записи, при одностороннем расположении микросхем В=8,5pR2, М=2;
К – эмпирический коэффициент, для корпусов, центр которых отстоит от торца платы на расстоянии менее 3R - К=1,44;
dз – зазор между печатной платой и микросхемой dз=0,001 м;
lз – коэффициент теплопроводности материала заполняющего зазор: для воздуха lз=2,68×10-2 Вт/мК;
Qис – мощность, рассеиваемая микросхемой;
Ка – коэффициент теплоотдачи от корпуса микросхемы, определяется по графику [6]Ка=40 Вт/м2К;
Dtв – среднеобъемный перегрев воздуха в блоке (°С)
(3.26)
5. 5. Определим температуру корпуса микросхемы
°С (3.27)
При расчете теплового режима прибора получили, что корпус микросхемы имеет температуру 34,2°С. Это значение меньше предельно допустимой (+75°С) температуры корпуса, следовательно, обеспечивается нормальный тепловой режим при естественном охлаждении. Принудительной вентиляции не требуется.
4. 4.Расчет надежности.
Анализ безотказности прибора.
Отказы конструкции, которые характеризуют безотказность, долговечность и сохраняемость, имеют общий физико-химический механизм.
Рассмотрим безотказность прибора с точки зрения физического износа. Физический износ – износ материальной части изделия до такого состояния, при котором дальнейшая эксплуатация его не возможна, а восстановление изношенных частей экономически не целесообразно. Физический износ наступает вследствие потери размеров деталей, обгорания контактов, естественного старения материалов. Для РЭА особо характерными формами материального износа являются изменение физических и химических параметров электрорадиоэлементов. Рассматривая разрабатываемый источник питания с этих точек зрения необходимо отметить, что применяемые в конструкции источника питания электрорадиоэлементы, материалы, покрытия и технологии их изготовления обеспечивают сохраняемость прибора во все время его эксплуатации, а значит и безотказность.
Рассмотрим безотказность прибора с точки зрения разновидностей отказов. Отказы отличаются друг от друга моментом возникновения в течение срока службы прибора: отказы внезапные, износовые и приработочные.
Внезапные отказы имеют случайный характер и составляют две трети всех отказов, наблюдаемых при эксплуатации длительно используемой РЭА.
Износовые отказы проявляются к концу службы прибора. С приближением конца срока, т.е. предельного состояния, число износовых отказов резко возрастает.
Приработочные отказы имеют максимум непосредственно после изготовления изделия и играют в это время главную роль. Поэтому, необходимо, чтобы период с максимумом приработочных отказов приходился на время когда изделие еще не передано потребителю, т.е. эксплуатация еще не началась. С этой целью вводят в технологический процесс изготовления прибора период прогона, имитирующий начальную фазу эксплуатации, что позволяет устранить приработочные отказы еще до начала эксплуатации прибора у потребителя. В период проведения опытно-конструкторских работ по проектированию прибора и изготовлению опытного образца во всех случаях проводят лабораторно-стендовые испытания с имитацией воздействующих факторов заложенных в технические условия на данный прибор. Целью проведения лабораторно-стендовых испытаний является выявление возможных отказов и выработка рекомендаций по их устранению.
Важнейшим показателем качества конструкции является надежность.
С учетом того, что разрабатываемая конструкция является прибором эксплуатируемым в помещении АТС, где неблагоприятные воздействия окружающей среды не оказывают на него вредное влияние, то требования к надежности упрощаются, так как прибор предусматривает эксплуатацию в нормальных условиях. В процессе эксплуатации электронного узла на его элементы воздействуют как внутренние, так и внешние факторы. Все это в совокупности с естественным старением приводит к тому, что изменяются механические и электрические параметры материалов. В конечном итоге, указанные факторы могут приводить к отказу РЭА. При разработке РЭА, еще на стадии проектирования закладывается вполне определенный уровень надежности устройства.
Правильность выбора комплектующих, из которых строится РЭА, имеет принципиальное значение для обеспечения ее надежности. Прогресс в развитии РЭА обеспечивается прогрессом в развитии элементной базы.
Основой элементной базой современной РЭА являются микросхемы, благодаря своей высокой надежности.
Основной характеристикой надежности объекта (системы, устройства) является вероятность Р(t) его безотказной работы в течение времени t .для определения Р(t) удобно использовать понятие интенсивности отказов l(t) , т.е. число отказов в единицу времени.
Анализ принципиальной и структурной схемы прибора показывает, что прибор является не резервируемой аппаратурой, при этом подразумевается, что все элементы в схеме включены последовательно. Вероятность безотказной работы такой системы в течении заданного времени определяется по формуле:
, (4.1)
где li - интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации (1/ч);
tp – заданное время работы (ч);
n – количество отказов
, (4.2)
где l0i– номинальная интенсивность отказов;
к1 – коэффициент зависимости от ударных нагрузок;
к2 - коэффициент зависимости от воздействия вибрации;
к3 – коэффициент, зависящий от атмосферного давления;
к4- коэффициент, зависящий от влажности и температуры
Так как прибор эксплуатируется в лабораторных условиях, то коэффициенты к1=к2=к3=к4=1.
На основании схемы электрической и справочных данных были определены номинальные интенсивности отказов элементов схемы и коэффициенты нагрузки ai(T,kn). Полученные данные сведены в таблицу
Для расчета надежности источника питания, сводим в таблицу интенсивности отказов элементов.
Интенсивность отказов элементов. Таблица 4.1.
| Элементы | l0i×106 | kn | ai | N | li×10-6 | liN×10-6 |
| Резисторы постоянные Резисторы подстроечныеКонденсаторы керамическиеКонденсаторы электролитическиеДиоды Транзисторы кремниевые до 150 мВтМикросхемыПереключателиКнопка сетеваяТрансформаторПлата печатнаяПайка печатнаяПайка навеснаяПредохранительИндикаторРазъемПровод соединительныйКабель сетевой | 0,03 0,03 0,15 0,035 0,2 0,84 0,013 0,28 0,28 0,025 0,7 0,01 0,03 0,5 0,08 0,12 0,015 0.475 | 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2 0,2 0,7 - 0,7 - | 0,6 0,6 0,15 0.15 0,5 0,4 0,9 - 1 - | 200 19 14 48 27 26 30 7 1 1 4 724 84 1 16 1 18 1 | 0,18 0,018 0,0225 0,0052 0,1 0,062 0,0117 0,28 0,28 0,175 0,7 0,01 0,03 0,05 0,056 0,12 0,015 0,475 | 3,6 3,42 0,315 0,2496 2,7 1,56 0,351 1,96 0,28 0,175 2,8 7,24 2,6 0,05 0.87 0,12 0,27 0,475 20,3745 |
На графике рис.4.1. приведена зависимость вероятности безотказной работы прибора для различного времени наработки в интервале 0¸10000 часов.